KR101269870B1

KR101269870B1 - 액티브 리타드 패널 및 이를 구비하는 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치

Info

Publication number: KR101269870B1
Application number: KR1020110111212A
Authority: KR
Inventors: 윤정환
Original assignee: 이미지랩(주)
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-06-07
Also published as: WO2013062364A1; KR20130046683A

Abstract

본 발명은 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래 패턴드 리타더 방식 입체영상 표시장치의 경우 3D 영상을 표현할 때 수직 방향으로 공간을 나누어 좌우 영상을 배치함에 따라 수직방향 공간 해상도가 절반으로 감소하는 문제점을 해결하여 뛰어난 화질의 입체영상을 표현할 수 있는 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치는 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 영상을 표현하는 영상표시패널; 및 투명한 기판과, 상기 기판의 일면 상에 형성된 횡전계 방식 전극층과, 가시광선 파장 범위보다 작은 직경 사이즈로 이루어진 나노 액정 도메인이 고분자 메트릭스 내에 분산된 형태로 상기 횡전계 방식 전극층의 일면 상에 형성된 나노 액정층으로 이루어진 액티브 리타더 패널을 포함하고, 상기 횡전계 방식 전극층은 제1 전계방향의 횡전계와 제2 전계방향의 횡전계를 선택적으로 인가하도록 구성되고, 상기 나노 액정층은 상기 횡전계 방식 전극층에 인가된 횡전계 방향에 따라, 상기 영상표시패널로부터 입사되는 광을 좌원 편광 또는 우원 편광으로 선택적으로 변환시키는 것을 특징으로 한다.

Description

액티브 리타드 패널 및 이를 구비하는 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치{ACTIVE RETARD PANEL AND STEREO-SCOPIC IMAGE DISPLAY DEVICE BASED ON NANO-SIZED LIQUID CRYSTAL LAYER WITH THE SAME}

본 발명은 액티브 리타드 패널 및 이를 구비하는 입체영상 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노 사이즈의 액정 도메인으로 이루어진 나노 액정층을 적용한 시간분할 방식의 액티브 리타더 패널 및 이를 구비하는 입체영상 표시장치에 관한 것이다.

최근, 디스플레이 장치의 급속한 발전과 함께 입체영상 표시장치에 대한 개발 및 판매가 활발히 진행되고 있다. 이러한 입체영상 표시장치는 안경식(셔터안경, 마이크로 폴라라이저, 패턴드 리타더, 등), 무안경식(패럴랙스 배리어, 렌티큘러 렌즈, 등), 및 홀로그램 방식 등이 있으며, 이 중 안경식이 널리 적용되며 그 시장이 확대되고 있다.

현재 안경식 3D의 대표적인 방식으로는 시교차 방식인 셔터 안경 방식(Shutter Glasses)과 시분할 방식인 편광분할 방식이 있는데 셔터 안경 방식은 좌우 영상을 한 개의 화면에서 번갈아 표시되게 하면서 셔터 안경의 좌안과 우안의 순차적 개폐 타이밍(Timing)을 표시되는 영상의 시교차 시간과 일치시켜서 각 영상이 좌안과 우안에 따로 인식되게 함으로써 입체감을 나타내는 방식이다. 그리고 편광분할 방식은 한 화면에서 화소를 열, 행, 또는 화소 단위로 2 분할하여 2개의 서로 다른 영상을 서로 다른 편광방향으로 표시되게 하고 역시 서로 다른 편광방향은 갖은 좌, 우의 편광자를 구비한 편광안경을 통하여 좌안, 우안이 2개의 서로 다른 영상만을 각기 인식하도록 하여 입체감을 느끼도록 하는 방식이다.

셔터 안경 방식은 감상 시 피로감을 줄이고 입체감을 높이기 위해 단위 시간당 시교차의 횟수를 높일 필요가 있는데, 이 방식을 현재 디스플레이 표시소자로 가장 널리 사용되고 있는 액정표시장치(LCD)에 적용하는 경우 액정의 느린 응답속도와 스캔(Scan)방식의 화면 어드레싱 타이밍(Addressing Timing)이 시교차 타이밍에 완전히 일치하지 못하는 데서 기인한 플리커(Flicker) 현상이 발생하게 되면 이로 인해 감상 시 어지러움 증과 같은 피로(Fatigue)를 유발하는 것으로 알려져 있다.

편광 분할 방식은 위와 같은 명멸 현상(Flicker) 발생 요인이 없으므로 감상 시 피로 유발이 적으나 한 화면에서 동시에 두 영상을 표시하기 위해 행, 열, 또는 화소를 2 분할해야 하기 때문에 해상도가 반으로 줄어드는 문제가 있다. 그러나 액정표시소자와 같이 현재 널리 사용되고 있는 표시장치의 대부분이 매우 고해상도이며 향후 해상도를 향상시키는 것은 충분히 가능하기 때문에 사실 편광분할방식의 3D 제품 구성에 있어서는 해상도 반감이 문제되지 않는 것으로 보는 견해가 많다.

또한, 셔터 안경 방식은 시교차 표시를 위하여 디스플레이 내 하드웨어, 또는 회로 등이 구비되어야 하며 셔터 안경이라는 고가의 안경을 필요로 하여 여러 명이 감상할 경우 비용이 매우 상승되는 반면, 편광분할 방식은 표시소자 전면에 편광을 분할할 수 있는 패터닝(Patterning)된 편광분할 광학매체(패턴드 리타더, 마이크로 폴라라이저, 등)를 장착하면 가격이 매우 저렴한 편광안경을 착용하고 다수가 감상할 수 있으므로 비용이 상대적으로 매우 적게 드는 장점이 있다.

현재 가장 폭넓게 사용되고 있는 액정디스플레이는 편광을 이용한 표시소자로써 편광분할 방식의 3D를 적용하기에 매우 적합하며 그 대표적인 방식은 패턴드 리타더(Patterned Retarder) 방식이다.

도 1은 한국공개특허 제2010-0105067호에 개시된 종래 편광분할 방식의 입체영상 표시장치의 장치 구성도이다.

도 1을 참조하면, 한국공개특허 제2010-0105067호의 편광분할 방식의 입체영상 표시장치는 제1 편광판(1), 어레이 기판(2), 컬러필터(3) 및 제2 편광판(4)이 차례로 적층된 액정표시소자 전방에 패턴드 리타더(6)라는 보상필름을 붙여서 좌우 영상을 공간적으로 분리하는 방식으로 이루어져 있다.

즉, 액정표시장치에 구비된 다수의 화소영역 중, 홀수 번째 화소라인과 짝수 번째 화소라인에 대응하는 화소영역으로부터 나오는 빛이 서로 다른 제1 및 제2 편광상태를 갖도록 하는 패턴드 리타더(6)와, 상기 패턴드 리타더(6)를 통해 나온 제1 및 제2 편광상태를 갖는 빛을 선택적으로 투과 또는 차단시키는 제1 편광필름(7a) 및 제2 편광필름(7b)을 부착한 안경(8)을 통해 좌우 영상을 분리함으로써 입체영상을 즐길 수 있다. 상기 방식은 안경의 특징상 패시브(Passive) 방식이라고도 불린다.

상기와 같이 패턴드 리타더를 이용한 편광분할 방식의 입체영상 표시장치는 셔터 글라스 방식에 비하여 깜빡임(Flickering)이 전혀 없어 눈이 덜 피로하고 편광안경의 가격이 상당히 저렴하다는 장점이 있다.

그러나, 이러한 종래 패턴드 리타더를 적용한 입체영상 표시장치는 수직방향으로 공간을 분할하여 좌우영상을 배치함에 따라 3D 영상의 수직방향 공간해상도가 2D 영상에 비해 1/2로 줄어드는 한계가 있다. 또한, 패턴드 리타더 제작 시에 액정표시장치의 화소 피치에 해당하는 간격으로 일정하게 반복적으로 배치하는 마이크로 리타더를 제작하는 공정이 어렵고 제조 공정 수율이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 이렇게 제작된 패턴드 리타더를 액정표시장치의 화소간격과 일치되게 정밀하게 부착하는 얼라인먼트 공정이 추가로 필요할 뿐 아니라, 패턴드 리타더와 액정표시장치 화소 간의 얼라인먼트 정도에 따라 3D 영상의 시야각이 수직방향으로 제한되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래 패턴드 리타더 방식 입체영상 표시장치의 경우 3D 영상을 표현할 때 수직 방향으로 공간을 나누어 좌우 영상을 배치함에 따라 수직방향 공간 해상도가 절반으로 감소하는 문제점을 해결하여 뛰어난 화질의 입체영상을 표현할 수 있는 액티브 리타드 패널 및 이를 구비하는 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액티브 리타드 패널은, 입사광의 편광축을 변경하여 출사하는 액티브 리타드 패널로서, 투명한 기판과, 상기 기판의 일면 상에 형성되는 공통전극과, 상기 공통전극과 절연상태를 유지하면서 패턴 형성되는 제1 화소전극 및 제2 화소전극을 구비하고, 상기 공통전극과 상기 제1 화소전극에 의해 형성되는 제1 전계방향의 횡전계와 상기 공통전극과 상기 제2 화소전극에 의해 형성되는 제2 전계방향의 횡전계를 선택적으로 인가하는 횡전계 방식 전극층 및 횡전계 방식 전극층 상에 형성되며, 가시광선 파장 범위보다 작은 직경 사이즈로 이루어진 나노 액정 도메인이 고분자 메트릭스 내에 분산된 나노 액정층을 포함하고, 나노 액정층은 상기 횡전계 방식 전극층에 인가되는 횡전계 방향에 따라 입사되는 광을 좌원 편광 또는 우원 편광으로 선택적으로 변환시키는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치는, 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 영상을 표현하는 영상표시패널; 및 투명한 기판과, 상기 기판의 일면 상에 형성된 횡전계 방식 전극층과, 가시광선 파장 범위보다 작은 직경 사이즈로 이루어진 나노 액정 도메인이 고분자 메트릭스 내에 분산된 형태로 상기 횡전계 방식 전극층의 일면 상에 형성된 나노 액정층으로 이루어진 액티브 리타더 패널을 포함하고, 상기 횡전계 방식 전극층은 제1 전계방향의 횡전계와 제2 전계방향의 횡전계를 선택적으로 인가하도록 구성되고, 상기 나노 액정층은 상기 횡전계 방식 전극층에 인가된 횡전계 방향에 따라, 상기 영상표시패널로부터 입사되는 광을 좌원 편광 또는 우원 편광으로 선택적으로 변환시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치에 의하면, 패턴드 리타더 방식과 셔터 글라스 방식의 장점만을 취할 수 있으며 구체적으로 다음과 같이 탁월한 효과를 발휘하게 된다.

첫째, 종래 패턴드 리타더 방식 입체영상 표시장치의 경우 3D 영상을 표현할 때 수직 방향으로 공간을 나누어 좌우 영상을 배치함에 따라 수직방향 공간 해상도가 절반으로 감소하는 문제점을 해결할 수 있어, 시분할 방식을 사용하면서도 해상도 저하없이 셔터 글라스 방식처럼 2D 영상과 3D 영상의 해상도를 동일하게 표현할 수 있게 되었다.

둘째, 리타더를 이용한 시분할 방식을 적용하면서도 2D/3D 영상표시의 휘도 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 종래 셔터 글라스 방식의 이론적인 2D 영상표시 휘도를 100%로 했을 경우, 패턴드 리타더 방식의 2D 영상표시 휘도는 70% 수준이고 3D 영상표시 휘도는 30%로 급격하게 감소한다. 그런데, 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치는 이론적으로 2D 영상표시 휘도를 85%까지, 3D 영상표시 휘도를 45%까지 향상시킬 수 있게 되었다.

셋째, 종래 두 장의 액정 패널을 사용한 액티브 리타더 방식에 비해 제조공정이 간단하여 제조원가 경쟁력이 우수할 뿐 아니라, 특히 화소 적층식 횡전계 방식 전극구조를 통해 한 장의 액티브 리타더 패널로 입체영상 표시장치를 구현할 수 있기 때문에 종래의 방식에 비해 두께를 1/3 이하로 줄일 수 있게 되었다.

도 1은 한국공개특허 제2010-0105067호에 개시된 종래 편광분할 방식의 입체영상 표시장치의 장치 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 나노 이멀젼과 매크로 이멀젼의 비교 실험예.
도 4(a) 및 (b)는 본 발명에 따른 제1 화소전극과 제2 화소전극의 패턴 형상을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 액티브 리타더 패널의 화소 적층식 횡전계 방식 전극구조를 도시한 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 액티브 리터더 패널의 단면도로서 도 6(a)는 우원편광 변환 동작을 나타내고, 도 6(b)는 좌원편광 변환 동작을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도.

본 발명은 매질 속의 입자 사이즈에 따른 빛의 광학특성을 이용한 나노 액정층과 횡전계 방식의 전극 구조를 유기적으로 조합하여 전혀 새로운 개념의 액티브 리타더(Active Retarder) 패널을 통해 3D 입체영상을 표현할 수 있는 기술 특징을 개시한다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 제1 실시예의 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치는 크게 영상표시패널과 액티브 리타더 패널로 구성되며, 액티브 리타더 패널은 영상표시패널의 상부에 적층된 형태로 구비된다.

먼저, 영상표시패널은 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 2D/3D 영상을 선택적으로 보내주는 영상소스 패널에 해당한다.

도 2의 제1 실시예의 영상표시패널은 현재 가장 널리 상용화되어 사용되고 있는 액정표시소자(LCD)를 채용하였다. 즉, 제1 실시예의 영상표시패널(10)은 패턴 형성된 화소전극과 공통전극을 구비하며 상호 대향 배치되는 하부기판(13)과 상부기판(16), 상부기판(16)의 일면에 배치되어 컬러를 표현하는 컬러필터(15), 상·하부기판 사이에 주입되어 배향 형성된 액정층(14), 상부기판(16)의 외측면과 하부기판(13)의 외측면에 각각 부착되어 빛을 편광시키기 위한 제1 편광판(12)과 제2 편광판(17), 하부기판(13) 밑에 배치되어 액정층(14)으로 광을 출사하는 백라이트(BLU;11)로 구성된다.

이처럼 영상을 표현하기 위한 영상소스 패널은 비단 액정표시소자(LCD)에 한정하지 않고, 유기발광다이오드(OLED), 플라즈마 영상표시소자(PDP) 등 다양한 표시소자를 채용할 수 있음은 물론이며, 이러한 다양한 종류의 표시소자는 널리 공지된 기술인 바 그 자세한 설명은 생략하도록 한다.

다음으로, 액티브 리타더 패널은 본 발명의 주요 기술특징에 해당하는 구성부로서, 제1 실시예의 액티브 리타더 패널은 기판(40), 횡전계 방식 전극층(20), 나노 액정층(30) 및 보호층(50)으로 구성된다.

액티브 리타더 패널의 기판(40)은 영상표시패널(10)의 상부기판(16) 위에 적층되는 투명한 재질의 얇은 판체로서, 글래스(Glass) 소재의 유리기판은 물론, 탄성변형 가능한 유연성을 지닌 얇은 플라스틱 기판으로 형성할 수 있다.

특히, 플라스틱 기판을 채용할 경우 광투과도가 우수하고 복굴절 효과가 없는 기판으로 구성해야 한다. 상기 목적에 부합하는 플라스틱 기판의 소재로는 트리아세틸셀룰로우스(Tri Acetyl Cellulose, TAC)필름, 폴리에테르설폰(PES), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI) 및 폴리아릴레이트(PAR) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정하지는 않는다.

횡전계 방식 전극층(20)은 나노 액정층(30)에 횡전계를 선택적 전계방향으로 인가하여 액정을 응답시킴으로써 입사광이 우원 편광과 좌원 편광으로 변환될 수 있도록 구동하는 구성부에 해당한다.

횡전계 방식 전극층(20)은 횡전계를 형성하기 위해 화소전극 패턴과 공통전극 패턴을 동일 기판 상에 형성하되, 화소전극과 공통전극을 서로 다른 층에 배치하고 그 사이에 절연층을 개재시킨 FFS(Fringe-Field Switching) 구조로 구성하거나, 또는 횡전계를 형성하기 위해 화소전극 패턴과 공통전극 패턴을 동일 기판 상에 동일층으로 형성한 IPS(In-Plane Switching) 모드로 구성할 수 있다.

특히, 제1 실시예의 횡전계 방식 전극층(20)은 FFS(Fringe-Field Switching) 구조로 구성하되, 종래의 일반적인 횡전계 방식 전극층(20)과 달리 서로 다른 층에 두 개의 절연층(22,24)이 구비되고, 서로 다른 층에 두 개의 화소전극(23,25)이 구비되는 것을 특징으로 한다. 이하에서는 이를 "화소 적층식 횡전계 방식 전극구조"라 칭하기로 한다.

보다 구체적으로 설명하면, 액티브 리타더 패널의 횡전계 방식 전극층(20)은 제1 전계방향과, 상기 제1 전계방향과 상이한 제2 전계방향으로 횡전계를 선택적으로 발생시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하며, 이를 실현하기 위해 공통전극(21), 제1 절연층(22), 제1 화소전극(23), 제2 절연층(24) 및 제2 화소전극(25)이 차례로 적층 형성된 구조로 이루어져 있다.

공통전극(21)은 기판(40)의 상면 상에 형성되고, 제1 화소전극(23)은 공통전극(21)보다 상위층에 패턴 형성되어 있고, 제1 절연층(22)은 공통전극(21)과 제1 화소전극(23) 사이에 개재되어 있다. 그리고 제1 화소전극(23) 위에는 다시 제2 절연층(24)이 적층 형성되고, 제2 절연층(24)의 상면 상에는 제2 화소전극(25)이 패턴 형성되어 있다.

제1 화소전극(23)은 일 방향으로 횡전계를 발생시켜 나노 액정층(30)의 액정 도메인(32)을 응답시킴으로써 기판(40)으로 입사된 빛이 좌원 편광으로 편광특성이 바뀌도록 하는 역할을 한다.

제2 화소전극(25)은 제1 화소전극(23)에 의해 발생되는 횡전계방향에 직교하는 방향으로 횡전계를 발생시켜 나노 액정층(30)의 액정 도메인(32)을 응답시킴으로써 기판(40)으로 입사된 빛이 우원 편광으로 편광특성이 바뀌도록 하는 역할을 한다.

나노 액정층(30)은 횡전계 방식 전극층(20)의 상부(구체적으로는 제2 화소전극(25) 위)에 적층된 형태로 구비되어, 기판(40)을 투과하며 입사된 빛을 그대로 통과시키거나 또는 편광을 변화시키는 작용을 실현하는 핵심 구성부에 해당한다.

이러한 나노 액정층(30)은 나노 액정 도메인(32)을 바인더(31)와 혼합하여 코팅용액을 제조한 후, 이를 제2 화소전극(25)이 형성되어 있는 기판(40) 상부에 코팅하고 경화시킴으로써 형성된다. 따라서, 나노 액정층(30)은 나노 액정 도메인(32)이 고분자 메트릭스(31) 내에 분산되어 있는 구조를 이루고 있다.

나노 액정층(30)은 전극층(20) 위에 접합된 일종의 필름 형태로 마련될 수 있게 되고, 특히 화소적층 방식의 경우 한 장의 액티브 리타더 패널로 구현할 수 있기 때문에 종래 두 장의 액정 패널을 사용한 액티브 리타더 방식에 비해 두께를 1/3 이하로 줄일 수 있고, 제조공정이 간단하여 제조원가를 절감할 수 있다.

한편, 나노 액정 도메인(32)은 가시광선 파장(380nm ~ 780nm) 범위보다 작은 직경 사이즈로 이루어져 있는 것을 주요 특징으로 한다.

이하에서는 나노 액정 도메인(32)과 고분자 메트릭스(31)로 이루어진 나노 액정층(30)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 나노 이멀젼과 매크로 이멀젼의 비교 실험예로서, 도 3의 좌측 바이알 병에 담겨있는 시료는 액정 도메인(32)을 50㎚의 평균 직경 사이즈로 변형시킨 나노 이멀젼(Nano Emulsion)이고, 우측 바이알 병에 담겨있는 시료는 1.0㎛의 평균 직경 사이즈를 갖는 액정으로 이루어진 매크로 이멀젼(Macro Emulsion)이다.

도 3의 비교 실험예에 명확히 나타나듯이, 좌측의 나노 이멀젼 시료는 투명하게 보이는 반면, 우측의 매크로 이멀젼 시료는 백색으로 불투명하게 보이는 것을 알 수 있다.

출원인은 도 3과 같은 비교 실험을 통해, 어떤 매질 속에 포함되어 있는 입자의 크기에 따라 그 매질을 통과할 때 빛은 산란되기도 하고 또는 아무런 영향도 받지 않고 그대로 통과하기도 한다는 사실을 확인할 수 있었다.

특히, 액정 도메인(32)을 가시광선의 파장보다 작은 나노 사이즈(바람직하게는 가시광선의 파장보다 1/4 이하로 작은 나노 사이즈)로 형성하면 해당 시료로 입사되는 가시광선의 일부가 온전히 투과됨을 알 수 있었고, 보다 바람직하게는 액정 도메인(32)을 100nm 이하의 직경 사이즈로 형성하였을 때 산란이 거의 일어나지 않아, 대부분의 입사광이 그대로 투과됨을 알 수 있었다.

본 발명은 이처럼 액정 도메인(32)을 가시광선 파장 범위보다 1/4 이하로 작은 직경 사이즈로 형성하였을 때 발현되는 광학특성을 이용하되, 이를 횡전계 방식 전극과 유기적으로 조합함으로써 전혀 새로운 방식으로 구동하는 액티브 리타더 입체영상 표시장치를 구현할 수 있게 된다.

본 발명의 나노 액정층(30)은 나노 액정 도메인(32) 제조단계와, 나노 액정층 코팅단계를 통해 형성된다.

나노 액정 도메인(32)은 바람직하게는 액정을 100nm 이하의 직경 사이즈의 입자로 변형시키고, 이렇게 나노 사이즈로 변형된 액정에 외벽을 형성함으로써 캡슐 형태로 제조된다.

이러한 나노 액정 도메인(32)은 복합상분리법(Complex Coacervation), 멤브레인(Membrane) 유화법, 동시 중합법(In-situ Polymerization), 계면 중합법(Interfacial Polymerization) 등을 이용하여 제조 가능하다.

나노 액정 도메인(32)에 사용되는 액정으로는 네마틱, 스멕틱, 콜레스터릭 및 카이랄스멕틱과 같이 액정표시소자에 통상적으로 사용되는 액정이면 특별히 한정되지 않으며, 제조되는 나노 액정 도메인(32)은 상술한 액정 이외에 이색성 염료(Dichroic dye) 및 카이랄 도펀트 (Chiral dopant)를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 나노 액정 도메인(32)은 코어물질인 액정의 드롭렛(Droplet)을 형성시키는 유화공정, 코아서베이션에 의한 캡슐화 공정, 캡슐 외벽의 겔화공정, 캡슐외벽 경화공정 및 숙성공정을 통해 제조된다.

유화공정은 유화제를 포함하는 수용액에 고속균질교반기(Homegenizer)와 고압분산기(Microfluidizer) 유화장치를 이용하여 코어물질인 액정 드롭렛(Droplet)을 형성시키는 공정이다. 유화제로는 퓨러티 검 2000(Purity Gum 2000), 키토산(Chitosan), 카라지난(Carrageenan), 젤라틴(Gelatin), 아라비아검(Arabia Gum), 알부민(Albumin), 알기네이트(Alginate), 카제인(Casein) 등과 같은 천연 유화제 내지 폴리우레탄, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌, 아민과 같은 합성 유화제 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 복합적으로 사용하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

이를 구체적으로 설명하면, 약 5%(w/v)의 퓨러티 검 2000 수용액을 약 50℃로 온도를 유지한 상태에서 5%(w/v)의 액정을 피펫(Pipette)을 이용하여 천천히 떨어뜨리며 고속균질기교반기(Homogenizer, Ultra Turrax, IKA-T18 Basic, IKA)를 이용하여 약 14,000rpm의 회전속도로 약 2분 정도 액정을 1차 유화시킨다. 이때, 액정을 피펫으로 천천히 떨어뜨리는 이유는 고속균질교반기를 이용하여 초기 유화시에 고속으로 회전하는 로토(Rotor)에 의한 거품발생(Foam)을 최대한 억제하기 위한 것이다.

그런 다음, 이렇게 1차로 유화된 액정 이멀젼을 고압분산기(Microfluidizer, M-110L, Microfluidics)를 이용하여 약 1,000 bar의 압력에서 5회(Pass) 정도의 조건으로 2차 유화시킨다. 이렇게 유화 공정을 1, 2차로 나누어서 진행하는 이유는 초기 유화공정에서 액정 드롭넷(Droplet)의 사이즈를 최대한으로 줄이기 위한 것이다.

유화공정이 완료되면, 코아서베이션에 의한 캡슐화 공정으로 넘어가는데 이 공정도 나노 액정 도메인(32)의 외벽 형성을 확실하게 하기 위해 두 번에 걸쳐 외벽을 형성하게 된다. 첫 번째는 고속균질교반기를 이용하여 약 14,000rpm의 속도로 교반하면서 약 0.2%(w/v)의 키토산(Chitosan) 수용액을 주사기(Syringe)를 통해 천천히 초기 이멀젼 분산액에 떨어뜨린다. 이렇게 키토산 수용액을 첨가한 후에 빙초산(Acetic Acid)를 이용하여 pH를 4~5로 조절한다. 이렇게 pH를 조절하게 되면 퓨러티 검 2000과 키토산이 코아서베이트(Coacervate)를 형성하여 나노 액정 도메인(32)에 1차 외벽을 형성하게 된다. 그런 다음, 이렇게 1차 외벽이 형성된 이멀젼 분산액을 약 50℃에서 약 80℃로 온도를 상승시킨 상태에서 고속균질교반기(Homogenizer)의 교반속도를 약 18,000rpm 정도로 높여서 교반하면서 약 0.4%(w/v)의 카라지난(Carrageenan) 수용액을 시린지(Syringe)를 이용하여 천천히 떨어뜨린다. 이렇게 카라지난(Carrageenan) 수용액을 모두 첨가한 후에는 1차 외벽형성 경우와 마찬가지로 빙초산(Acetic Acid)을 이용하여 pH를 4~5로 조절한다. 이와같이 pH를 조절하게 되면, 카라지난 코아서베이트가 만들어지게 되고 이렇게 형성된 카라지난 코아서베이트가 나노 액정 도메인(32)에 2차 외벽을 형성하게 된다.

캡슐화 공정이 완료되면, 온도변화를 통해 캡슐 외벽의 겔화(Gelation)를 진행하는 겔화공정이 행해진다. 다시 말해, 약 80℃ 고온에서 2차 외벽형성이 완료되면 온도를 상온까지 하강시킴으로써 나노 액정 도메인(32)에 형성된 외벽 물질이 겔화되도록 한다.

겔화공정이 완료되면, 캡슐 외벽 경화공정이 행해진다. 경화공정은 경화제를 첨가하여 캡슐 외벽을 경화시키는 단계로서, 상기 경화제는 글루타르알데하이드(Glutaraldehyde) 또는 포름알데하이드(Formaldehyde)를 사용하여 젤라틴의 아미노기와 가교반응(Crosslink)시켜 캡슐을 경화시킨 후 일정 시간 숙성하면 나노 액정 도메인(32)이 최종 수득된다.

상술한 제조 공정을 통해 수득된 나노 액정 도메인(32)은 세정이 필요한데, 세정의 경우는 순수, 이소프로필알코올, 에틸렌 글리콜 등을 사용하여 수행한다. 그런 다음 나노 액정 도메인(32)을 수용액이나 세정액과 분리시키는 것이 필요한데, 이는 초원심분리(Ultracentrifugation)나 동결건조(Freeze Dry) 방법을 통해 달성 가능하다. 나노 사이즈의 입자는 일반적인 마이크로 사이즈 입자보다 크기가 훨씬 작기 때문에 보통의 원심분리 방법으로는 분리가 일어나지 않는다. 따라서, 나노 사이즈의 입자의 분리는 초원심분리 방법이 필요한데 이러한 설비를 초원심분리기(Ultracentrifuge)라고 한다.

나노 액정 도메인(32) 분산 수용액이나 세정액으로부터 분리를 완료한 나노 액정 도메인(32)은 기판(40)의 상면에 고정되어야 하는데, 이는 바인더(Binder)를 통해 이루어진다. 즉, 투명한 물성을 갖는 바인더(31)에 나노 액정 도메인(32)을 일정한 비율로 혼합한 용액을 제조한 후, 이를 화소전극이 형성되어 있는 기판(40)의 상면 상에 코팅하여 경화시킴으로써 나노 액정층(30)이 최종 형성된다.

코팅방법으로는 그라비아(Gravure) 코팅, 나이프(Knife) 코팅, 롤(Roll)코팅, 슬롯다이(Slot Die) 코팅, 리버스(Reverse) 코팅 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 통해 달성 가능하다.

나노 액정 도메인(32)과 바인더(31)는 5:1 에서 1:1 비율로 혼합되도록 구성하는 것이 바람직하며, 바인더(31)로는 폴리비닐알코올, 젤라틴, 포르말린레졸시농 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴산 수지, 멜라민, 메타크릴산 수지, 포름알데히드 수지, 불소계 수지 및 폴리비닐피롤리돈에서 선택된 적어도 어느 하나의 투명한 고분자 물질을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 나노 액정 도메인(32)과 바인더(31)가 혼합된 용액을 기판(40)에 코팅하기 전에 상기 혼합과정에서 바인더(31)에 포함된 기포를 제거하는 탈포 과정을 먼저 실시하는 것이 바람직하다.

상술한 공정이 모두 완료되면, 고분자 매트릭스 내부에 다수의 나노 액정 도메인(32)이 분산되어 있는 나노 액정층(30)이 전극층(20) 위에 필름 형태로 적층 구비된다.

보호층(50)은 나노 액정층(30)의 외면을 스크래치(Scratch) 등과 같은 손상으로부터 보호하기 위한 구성부로서, 광투과율이 우수한 투명한 수지 소재의 코팅층으로 이루어져 나노 액정층(30)의 바깥면에 부착된다.

보호층(50)으로 적합한 재료로는 굴절률 이방성 특성이 없는 것을 특징으로 하는 트리 아세틸 셀룰로우스(Tri Acetyl Cellulose, TAC), 사이클로 올레핀 폴리머(Cyclo-Olefin Polymer), 폴리에테르설폰(PES), 오버코트(Over Coat) 등이 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 가시광선 파장보다 1/4 이하로 작은 직경 사이즈로 변형된 액정 도메인으로 이루어진 나노 액정층(30)은 입사광의 대부분을 그대로 투과하는 특성을 갖는 바, 이러한 나노 액정층(30)을 기반으로 하는 액티브 리타더 패널은 2D 영상을 표시할 경우에는 전계를 인가하지 않은 오프(Off) 상태로 되어 입사하는 빛에 대하여 아무런 영향을 미치지 않고 결국 해당 입사광을 그대로 통과시켜 2D 영상을 표현할 수 있게 된다.

반면, 3D 영상을 표시할 경우에는 전원을 온(On)시켜 횡전계를 인가함으로써 나노 액정 도메인(32) 내부에 있는 액정분자들이 전계 방향과 평행하게 수평으로 배열되어 액정분자의 배향에 의한 복굴절 효과가 만들어지게 된다.

또한, 본 발명의 나노 액정층(30) 기반의 액티브 리타더 패널은 화소전극이 제1 화소전극(23)과 제2 화소전극(25)으로 분리 구성된 화소 적층식 횡전계 방식 전극구조로 구성된 바, 제1 화소전극(23)과 제2 화소전극(25)에 선택적으로 전압을 인가할 수 있게 된다. 이에 따라 본 발명의 입체영상 표시장치는 제1 화소전극(23)에 전압이 인가되면 나노 액정층(30)을 통과하는 빛은 좌원 편광되고, 제2 화소전극(25)에 전압이 인가되면 나노 액정층(30)을 통과하는 빛은 우원 편광되도록 동작하게 된다.

상기와 같이, 나노 액정층(30)과 횡전계 방식 전극구조를 갖는 액티브 리타터 패널이 전계의 방향에 따라 좌원 편광 또는 우원 편광으로 선택적으로 변환될 수 있는 것은 두 개의 화소전극(제1,2 화소전극)이 하나의 동일 기판 상에 적층식으로 형성된 횡전계 방식 전극구조와 이에 연동하여 전계방향에 따른 복굴절 효과를 구현하는 나노 액정층(30)에 기인한다.

도 4(a) 및 (b)는 본 발명에 따른 제1 화소전극(23)과 제2 화소전극(25)의 패턴 형상을 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 액티브 리타더 패널의 화소 적층식 횡전계 방식 전극구조를 도시한 평면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 화소전극(23)과 제2 화소전극(25)은 상호 직교상태를 이루도록 형성된 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 제1 화소전극(23)과 제2 화소전극(25)이 상호 직교상태에 있다는 것은 제1 화소전극(23)의 패턴 방향이 제2 화소전극(25)의 패턴 방향과 수직(90°)으로 교차하도록 설계된 것을 의미한다.

도 4의 바람직한 실시예에 따른 제1 화소전극(23)은 각 화소패턴이 45°방향으로 장축을 갖고 연장되게 형성하였고, 제2 화소전극(25)은 각 화소패턴이 -45°방향으로 장축을 갖고 연장되게 형성하였다.

상기와 같은 구조에 의해, 제1 화소전극(23)에 전압이 인가되면 제2 화소전극(25)에 전압 인가시 발생되는 횡전계의 방향에 직교하는 방향으로 횡전계가 발생되고, 제2 화소전극(25)에 전압이 인가되면 제1 화소전극(23)에 전압 인가시 발생되는 횡전계의 방향에 직교하는 방향으로 횡전계가 발생된다.

이처럼 제1 화소전극(23)과 제2 화소전극(25)을 상호 직교상태로 구성한 것은 영상표시패널(10)로부터 액티브 리타더 패널로 입사하는 빛에 대해 각각 선택적으로 좌원 편광과 우원 편광으로 변환시켜 입체영상을 표현할 수 있도록 하기 위함이다.

도 4와 같이 패턴 형성된 제1 화소전극(23)과 제2 화소전극(25)은 차례로 적층되어 도 5와 같은 화소 적층식 횡전계 방식 전극구조를 형성하게 된다.

즉, 본 발명의 화소 적층식 횡전계 방식 전극구조는 제1 절연층(22)이 형성된 공통전극(21) 위에 제1 화소전극(23)이 적층되고, 그 위에 제2 화소전극(25)이 적층되며, 상기 제1 화소전극(23)과 제2 화소전극(25) 사이에는 제2 절연층(24)이 개재되어 있으며, 특히 제1 화소전극(23)과 제2 화소전극(25)은 패턴 형상이 상호 직교상태에 있도록 적층되어 있다.

본 발명의 액티브 리타더 패널은 앞서 설명한 나노 액정층(30)과 화소 적층식 횡전계 방식 전극구조를 조합함으로써 화소전극에 대한 전압인가 조건에 따라 선택적으로 편광방향을 변화시킬 수 있게 된다.

이하에서는, 도 6을 참조하여 액티브 리타더 패널이 선택적으로 편광을 변화시키는 원리에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명에 따른 액티브 리터더 패널의 단면도로서 구체적으로 도 5의 A-A' 방향 단면도이며, 도 6(a)는 우원편광 변환 동작을 나타내고, 도 6(b)는 좌원편광 변환 동작을 나타낸다.

먼저, 도 6(a)과 같이 액티브 리타더 패널의 제2 화소전극(25)에 전압을 인가하게 되면 프린지 필드(Fringe-Field)가 만들어져 나노 액정층(30)에 횡전계가 형성되고, 이 때 나노 액정 도메인(32) 내부에 있는 액정분자들이 전계 방향과 평행하게 수평으로 배열되어 액정분자의 배향에 의한 복굴절 효과가 만들어지게 된다.

이 때, 각 화소패턴이 -45°방향으로 형성된 제2 화소전극(25)의 패턴 구조에 의해, 나노 액정층(30)에 +45°방향으로 λ/4(λ:입사광의 파장)의 위상지연 복굴절 효과가 발생하게 되고, 이로 인해 영상표시패널(10)로부터 입사되는 선형 편광된 빛의 편광특성을 변화시키게 된다.

이처럼, 영상표시패널(10)로부터 입사하는 선형 편광된 빛에 대해 액티브 리타더 패널의 나노 액정층(30)에 의해서 45°방향으로 λ/4의 위상지연 효과가 발생하게 되면 이로 인해 입사광은 우원 편광(Right-handed Polarization)으로 편광특성이 바뀌게 된다.

다음으로, 도 6(b)과 같이 액티브 리타더 패널의 제1 화소전극(23)에 전압을 인가하게 되면 프린지 필드(Fringe-Field)가 만들어져 나노 액정층(30)에 횡전계가 형성되고, 이 때 나노 액정 도메인(32) 내부에 있는 액정분자들이 전계 방향과 평행하게 수평으로 배열되어 액정분자의 배향에 의한 복굴절 효과가 만들어지게 된다.

이 때, 각 화소패턴이 45°방향으로 형성된 제1 화소전극(23)의 패턴 구조에 의해, 나노 액정층(30)에 -45°방향으로 λ/4(λ:입사광의 파장)의 위상지연 복굴절 효과가 발생하게 되고, 이로 인해 영상표시패널(10)로부터 입사되는 선형 편광된 빛의 편광특성을 변화시키게 된다.

이처럼, 영상표시패널(10)로부터 입사하는 선형 편광된 빛에 대해 액티브 리타더 패널의 나노 액정층(30)에 의해서 -45°방향으로 λ/4의 위상지연 효과가 발생하게 되면 이로 인해 입사광은 좌원 편광(Left-handed Polarization)으로 편광특성이 바뀌게 된다.

이와 같이 어떤 매질에 전기장을 가하여 굴절률 변화를 야기할 수 있다는 것을 처음으로 밝힌 John Kerr(1875, 스코틀랜드 물리학자)의 이름을 따라서 이러한 효과를 '커 효과'(Kerr Effect)라고 한다. 이를 수식으로 표현하면, Δn = λ*K*E²로 정의되는데 여기에서 Δn은 전기장에 의해 유도되는 복굴절값이고 K는 '커 상수'(Kerr Constant)로서 매질의 특성에 따라 결정되고, E는 인가해주는 정기장의 세기를 나타내며, λ는 매질에 입사되는 빛의 파장을 나타낸다.

본 발명의 나노 액정층(30)은 이처럼 전계 인가에 따른 복굴절 정도(Δn·d)가 λ/4 조건을 만족하도록 형성되어 45°방향과 -45°방향으로 선택적으로 λ/4 의 위상지연 복굴절 효과를 발생시킬 수 있도록 작용한다. 참고로, 'Δn'는 전기장에 의해 유도되는 액정의 복굴절값을 의미하고, 'd'는 나노 액정층의 두께를 의미하고, 'λ'는 입사광의 파장을 의미한다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치는 액티브 리타더 패널의 전원을 오프(Off)시키면 액정표시패널로부터 출사되는 영상이 그대로 액티브 리타더 패널을 투과하여 2D 영상을 표현할 수 있고, 3D 영상을 표현하고자 할 때는 전압의 선택적 인가에 따른 나노 액정층(30)의 위상지연 효과를 통해 입사광의 편광특성을 변환시킴으로써 입체영상을 표현할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

제2 실시예의 입체영상 표시장치는 제1 실시예의 입체영상 표시장치에 있어서 기판(40)의 위치를 변경하고, AR 층을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 입체영상 표시장치는 영상표시패널(10) 상부에 액티브 리타더 패널이 구비되고, 상기 액티브 리타더 패널은 기판(41)의 하면에 공통전극(21)이 형성되고, 공통전극(21)의 하부에 제1 절연층(22)이 배치되고, 제1 절연층(22) 하부에 제1 화소전극(23), 제2 절연층(24) 및 제2 화소전극(25)이 차례로 배치되며, 제2 화소전극(25) 하부에는 나노 액정층(30)이 코팅 형성되어 영상표시패널(10)의 제2 편광판(17)과 대향하며 부착된다.

제1 실시예에 따른 나노 액정층(30)은 보호층(50)에 의해 스크래치 등으로부터 보호되도록 구성하였으나, 상기 보호층(50)의 경도(Hardness)가 충분하지 못하면 보호층으로서의 역할을 완벽하게 수행하기 어려운 단점이 있다.

상기와 같은 점을 고려하여, 제2 실시예의 경우 기판(41)을 최외측에 구비함으로써 제조공정시나 제품운반시 또는 장치의 사용과정에서 발생할 수 있는 스크래치 등에 의한 나노 액정층(30)의 손상을 근본적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.

한편, 기판(41)의 외측면에는 AR(Anti-Reflection)층을 더 코팅 형성하는 것이 바람직한데, 이는 외부광이 기판 표면에 반사되어 화질이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

제1 실시예의 액티브 리타더 패널은 제1 화소전극(23)과 제2 화소전극(25)을 한 장의 동일한 기판 상에 형성하고, 한 개의 나노 액정층(30)을 구비하도록 구성하였으나, 제3 실시예의 액티브 리타더 패널은 제1 화소전극(23)과 제2 화소전극(25)을 별개의 기판(42,43)에 각각 형성하고, 두 개의 나노 액정층(30,30')을 구비하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

즉, 제3 실시예의 액티브 리타더 패널은 제1 편광변환 패널(90)과 제2 편광변환 패널(90')이 영상표시패널(10) 상부에 차례로 적층된 듀얼 타입의 액티브 리타더 패널로 구성하였다.

도 8을 참조하면, 제1 편광변환 패널(90)은 제1 기판(42), 제1 횡전계 방식 전극층(20), 제1 나노 액정층(30)으로 구성되고, 제2 편광변환 패널(90')은 제2 기판(43), 제2 횡전계 방식 전극층(20'), 제2 나노 액정층(30')으로 구성되며, 제1 편광변환 패널(90)과 제2 편광변환 패널(90')은 투명한 점착제(70) 또는 투명한 접착제에 의해 상호 합착된다.

그리고, 제1 횡전계 방식 전극층(20)은 공통전극(21), 절연층(22) 및 제1 화소전극(23)이 차례로 적층 형성되고, 제2 횡전계 방식 전극층(20')은 공통전극(21'), 절연층(22') 및 제2 화소전극(25)이 차례로 적층 형성된다.

제1 기판(42)과 제2 기판(43)은 제1 실시예의 기판과 동일하게 광투과도가 우수하고 복굴절 효과가 없는 투명 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판으로 형성된다.

횡전계 방식 전극층이 화소 적층식 횡전계 방식 전극구조로 이루어진 제1 실시예와 달리, 제3 실시예의 횡전계 방식 전극층은 화소 전극이 단일층으로 이루어진 통상의 횡전계 방식 전극구조로 이루어져 있다. 참고로, 도 8에 도시된 제3 실시예의 횡전계 방식 전극층은 FFS(Fringe-Field Switching) 구조로 구성하였으나 IPS(In-Plane Switching) 모드로 구성할 수도 있음은 물론이다.

한편, 제1 횡전계 방식 전극층(20)의 제1 화소전극(23)은 도 4(a)(또는 도 4(b))와 같이 각 화소패턴이 45°방향(또는 -45°방향)으로 형성된 전극 형상을 갖고, 제2 횡전계 방식 전극층(20')의 제2 화소전극(25)은 도 4(b)(또는 도 4(a))와 같이 각 화소패턴이 -45°방향(또는 45°방향)으로 형성된 전극 형상을 갖도록 구성된다.

따라서, 제1 횡전계 방식 전극층(20)에 전압이 인가될 경우 발생되는 횡전계 방향과, 제2 횡전계 방식 전극층(20')에 전압이 인가될 경우 발생되는 횡전계 방향은 상호 직교하게 된다.

제1 나노 액정층(30)과 제2 나노 액정층(30')은 제1 실시예의 나노 액정층과 동일한 구성부로서, 제1 기판(42)과 제2 기판(43)에 각각 하나씩 적층 구비되어 전계 인가에 따른 복굴절 효과를 발생시키는 역할을 한다.

한편, 제2 나노 액정층(30')의 바깥면에는 제1 실시예와 마찬가지로 보호층(50)을 더 코팅 형성하여 제2 나노 액정층(30')의 외면에 스크래치(Scratch) 등의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 구성하였다.

이처럼, 제3 실시예의 입체영상 표시장치는 듀얼 타입의 액티브 리타더 패널 구조로 구성하여, 각각의 패널(90,90')이 좌원 편광과 우원 편광 변환역할을 독립적으로 수행하기 때문에 패널 제작 시에 제1 실시예처럼 화소전극(도2: 23,25)을 적층할 필요가 없어 제조 공정이 간단해지는 장점이 있다. 다만, 두 장의 편광변환 패널(90,90')을 각각 제작하여 적층해야하기 때문에 제1 실시예에 비하여 제조 원가는 상대적으로 높아질 수 있다.

제3 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 동작원리를 설명하면 다음과 같다.

예를 들어, 제1 편광변환 패널(90)의 화소전극(23) 형상을 도 4의 (a)와 같이 만들고, 제2 편광변환 패널(90')의 화소전극(25) 형상을 도 4의 (b)와 같이 만들게 되면, 제1 편광변환 패널(90)은 좌원 편광 변환역할을 담당하게 되고 제2 편광변환 패널(90')은 우원 편광 변환역할을 담당하게 된다. 이와 반대로, 제1 편광변환 패널(90)의 화소전극 형상을 도 5의 (b)와 같이 만들고, 제2 편광변환 패널(90')의 화소전극 형상을 도 5의 (a)와 같이 만들게 되면, 제1 편광변환 패널(90)은 우원 편광 변환역할을 담당하게 되고 제2 편광변환 패널(90')은 좌원 편광 변환역할을 담당하게 된다.

또한, 3D 입체영상의 표현을 위한 구동 과정에 있어서, 제1 편광변환 패널(90)에 전압을 인가하여 동작시킬 경우에는 제2 편광변환 패널(90')은 오프(Off)-상태를 유지하게 된다. 이에 따라 제1 편광변환 패널(90)로 입사된 광은 우원(또는 좌원) 편광으로 편광특성이 바뀌게 되고, 제2 편광변환 패널(90')로 입사된 광은 아무런 영향을 받지 않고 그대로 투과하게 된다.

반대로, 제2 편광변환 패널(90')을 동작시킬 경우에는 제1 편광 변환패널은 오프(Off)-상태를 유지하게 되고, 이에 따라 제1 편광변환 패널(90)로 입사된 광은 아무런 영향을 받지않고 그대로 투과되어 제2 편광변환 패널(90')로 입사되고, 제2 편광변환 패널(90')에 입사된 광은 좌원(또는 우원) 편광으로 편광특성이 바뀌게 된다.

한편, 제1 편광변환 패널(90)과 제2 편광변환 패널(90')은 두 패널 사이의 빈 공간에 의한 투과율 손실을 최소화하기 위해 광학적으로 투명한 점착제(70)나 접착제를 이용하여 두 패널을 부착하는 것이 효과적이다.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

제4 실시예의 입체영상 표시장치는 제3 실시예의 제1 편광변환 패널(90)의 제1 기판(42)과 제2 편광변환 패널(90')의 제2 기판(43)의 위치를 변경하고, 제2 기판(45)의 외측면에 AR층(60)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 9를 참조하면, 제1 편광변환 패널(90)은 제1 기판(44)의 하면에 제1 횡전계 방식 전극층(20)을 형성하고 그 하부에 제1 나노액정층(30)을 형성하였고, 제2 편광변환 패널(90')은 제2 기판(45)의 하면에 제2 횡전계 방식 전극층(20')을 형성하고 그 하부에 제2 나노액정층(30')을 형성함으로써 제2 나노 액정층(30')이 최상부에 배치된 제3 실시예와 달리 제2 기판(45)이 최상부에 배치된 구조를 이루게 된다.

이에 따라, 제4 실시예의 입체영상 표시장치는 입체영상표시장치 제조공정시나 이를 적용한 제품을 소비자가 사용시에 생길 수 있는 스크래치(Scratch)에 의한 액티브 리타더 패널 손상문제를 최선으로 방지할 수 있는 장점이 있다.

한편, 제4 실시예와 같이 제2 기판이 외부에 노출되게 구성할 경우, 외부광이 상기 제2 기판(45)의 표면에 반사되어 화질이 저하되는 것을 방지하기 위하여 상기 제2 기판(45)의 외면에는 AR(Anti-Reflection)층(60)을 더 코팅 형성하는 것이 바람직하다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

10: 영상표시패널 11: 백라이트
12: 제1 편광판 13: 하부기판
14: 액정층 15: 컬러필터
16: 상부기판 17: 제2 편광판
20: 횡전계 방식 전극층 21: 공통전극
22: 제1 절연층 23: 제1 화소전극
24: 제2 절연층 25: 제2 화소전극
30: 나노 액정층 31: 고분자 메트릭스
32: 나노 액정 도메인 40,41: 기판
50: 보호층 60: AR 층
70: 투명 점착제 90: 제1 편광변환 패널
90': 제2 편광변환 패널

Claims

입사광의 편광축을 변경하여 출사하는 액티브 리타드 패널로서,
투명한 기판;
상기 기판의 일면 상에 형성되는 공통전극과, 상기 공통전극과 절연상태를 유지하면서 패턴 형성되는 제1 화소전극 및 제2 화소전극을 구비하고, 상기 공통전극과 상기 제1 화소전극에 의해 형성되는 제1 전계방향의 횡전계와 상기 공통전극과 상기 제2 화소전극에 의해 형성되는 제2 전계방향의 횡전계를 선택적으로 인가하는 횡전계 방식 전극층; 및
상기 횡전계 방식 전극층 상에 형성되며, 가시광선 파장 범위보다 작은 직경 사이즈로 이루어진 나노 액정 도메인이 고분자 메트릭스 내에 분산된 나노 액정층을 포함하고,
상기 나노 액정층은 상기 횡전계 방식 전극층에 인가되는 횡전계 방향에 따라 입사되는 광을 좌원 편광 또는 우원 편광으로 선택적으로 변환시키는 것을 특징하는 액티브 리타드 패널.
제1 항에 있어서,
상기 횡전계 방식 전극층은
상기 기판의 일면 상에 적층 형성되는 상기 공통전극과,
상기 공통전극 상에 적층 형성되는 제1 절연층과,
상기 제1 절연층 상부에 패턴 형성되는 상기 제1 화소전극과,
상기 제1 화소전극과 상기 제1 절연층 상에 적층 형성되는 제2 절연층과,
상기 제2 절연층 상에 패턴 형성되는 상기 제2 화소전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 리타드 패널.
제1 항에 있어서,
상기 나노 액정층은,
상기 횡전계 방식 전극층에 인가된 횡전계 방향에 따라, 입사되는 광에 대해 45°방향 또는 -45°방향으로 λ/4(λ:입사광의 파장)의 위상지연 효과를 발생하도록 형성된 것을 특징으로 하는 액티브 리타드 패널.
제1 항에 있어서,
상기 나노 액정층의 상면에는 투명한 재질로 이루어진 보호층이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 액티브 리타드 패널.
제1 항에 있어서,
상기 기판의 상면에는 AR(Anti-Reflection)층이 코팅 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액티브 리타드 패널.
제 2항에 있어서,
상기 제1 화소전극의 패턴 방향과 상기 제2 화소전극의 패턴 방향은 상호 직교하도록 형성된 것을 특징으로 하는 액티브 리타드 패널.
제 1항에 있어서,
상기 나노 액정 도메인은 100nm 이하의 직경 사이즈로 이루어진 것을 특징으로 하는 액티브 리타드 패널.
입체영상 표시장치로서,
전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 영상을 표현하는 영상표시패널; 및
상기 영상표시패널 상부에 구비되는 제 1항 내지 제 7항 중에서 선택된 어느 한 항의 액티브 리타드 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치.
입체영상 표시장치로서,
전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 영상을 표현하는 영상표시패널;
투명한 제1 기판과, 상기 제1 기판의 일면 상에 형성되는 공통전극과 상기 공통전극과 절연상태를 유지하면서 패턴 형성되는 제1 화소전극을 구비하고, 상기 공통전극 및 상기 제1 화소전극을 이용하여 제1 전계방향의 횡전계를 인가하는 제1 횡전계 방식 전극층과, 가시광선 파장 범위보다 작은 직경 사이즈로 이루어진 나노 액정 도메인이 고분자 메트릭스 내에 분산된 형태로 상기 제1 횡전계 방식 전극층의 일면 상에 형성되어 상기 제1 횡전계 방식 전극층에 횡전계를 인가시 이에 응답하여 입사광을 좌원 편광(또는 우원 편광)으로 변환시키는 제1 나노 액정층으로 구성된 제1 편광변환 패널; 및
투명한 제2 기판과, 상기 제2 기판의 일면 상에 형성되는 공통전극과 상기 공통전극과 절연상태를 유지하면서 패턴 형성되는 제2 화소전극을 구비하고, 상기 공통전극 및 상기 제2 화소전극을 이용하여 제2 전계방향의 횡전계를 인가하는 제2 횡전계 방식 전극층과, 가시광선 파장 범위보다 작은 직경 사이즈로 이루어진 나노 액정 도메인이 고분자 메트릭스 내에 분산된 형태로 상기 제2 횡전계 방식 전극층의 일면 상에 형성되어 상기 제2 횡전계 방식 전극층에 횡전계를 인가시 이에 응답하여 입사광을 우원 편광(또는 좌원 편광)으로 변환시키는 제2 나노 액정층으로 구성된 제2 편광변환 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치.
제 9항에 있어서,
상기 제1 횡전계 방식 전극층은 상기 제1 기판의 일면 상에 적층 형성되는 상기 공통전극과, 상기 공통전극 상에 적층 형성되는 제1 절연층과, 상기 제1 절연층 상부에 패턴 형성되는 상기 제1 화소전극을 포함하고,
상기 제2 횡전계 방식 전극층은 상기 제2 기판의 일면 상에 적층 형성되는 공통전극과, 상기 공통전극 상에 적층 형성되는 제2 절연층과, 상기 제2 절연층 상부에 패턴 형성되는 상기 제2 화소전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치.
제 9항에 있어서,
상기 제1 편광변환 패널과 상기 제2 편광변환 패널은 투명 점착제 또는 투명 접착제에 의해 상호 합착된 것을 특징으로 하는 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치.
제 9항에 있어서,
상기 제1 화소전극의 패턴 방향과 상기 제2 화소전극의 패턴 방향은 상호 직교하도록 형성된 것을 특징으로 하는 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치.
제 9항에 있어서,
상기 나노 액정 도메인은 100nm 이하의 직경 사이즈로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노 액정층 기반의 입체영상 표시장치.